727 殼體側抽芯注塑模設計（有cad圖）

727 殼體側抽芯注塑模設計（有cad圖）,727,殼體側抽芯注塑模設計（有cad圖）,殼體,側抽芯,注塑,設計,cad 國內外轎車覆蓋件模具設計概況 A.S. Pouzada, E.C. Ferreira and A.J. Pontes 摘要: 在介紹目前國內轎車沖壓模具設計制造情況的基礎上，闡述了國外汽車公司轎車覆蓋件特別是外覆蓋件的沖壓工藝設計現狀及模具新技術應用情況。 關鍵詞: 機械制造;轎車覆蓋件;沖壓工藝;模具設計 1前言 近幾年來，我國轎車市場發(fā)展十分迅猛，2002年在轎車銷售超過100萬輛的基礎上，2003年則向200萬輛大關邁進，達到了197萬輛。然而，在轎車熱迅速升溫的同時，不得不尷尬地面對這樣的現實—市場上熱銷的絕大多數車型是直接從國外引進的。由于國內轎車覆蓋件模具設計制造能力從總體上看還比較薄弱，為了生產這些車型，各大汽車公司不得不耗資幾億、十幾億元采購海外模具。與國外大汽車公司相比，由于生產規(guī)模比較小，這就造成單車均攤的模具成本遠高于國外車，這也是造成國產車整車制造成木居高不下的主要原因之一。 2 國產轎車覆蓋件模具開發(fā)能力 國內主要的轎車模具制造商有:一汽模具制造有限公司、東風汽車模具廠、天津汽車模具有限公司、成飛集成科技股份有限公司、南京模具裝備有限公司、上海千緣汽車車身模具有限公司等等。作為國內最大轎車生產銷售商—上海大眾汽車有限公司，也有自己的模具設計制造部門((TMM部)。目前，雖然國內模具商在轎車內覆蓋件模具設計制造方面已小有能力，并可承接整車廠的部分模具開發(fā)項目，但對于有很高型面精度和表面質量要求的外覆蓋件，特別是中高檔轎車的外覆蓋件，整車廠很少會將這類模具交由國內開發(fā)。 上海大眾汽車有限公司為了降低整車生產成本，同時也為了提高公司的核心技術能力，從2001年開始，涉足轎車沖壓模具設計制造領域。2001年-2002 年完成了POLO轎車在手動壓機線上生產的10只簡單零件的模具，通過了公司質保部門驗收并投產。2002年開始向大型化、復雜化、自動化發(fā)展，設計制造了6000kN自動線上生產的POLO轎車備胎座模具(該零件外形尺寸大、拉深深度深、形狀復雜)2003年，為進一步提高模具設計制造的能力和水平，我們涉足20000kN多工位壓力機和10000kN自動線生產使用的模具設計。過去上海大眾在20000kN多工位壓力機上使用的模具，全部需進u,國內模具商還沒有能力設計制造這樣的模具。為此，我們選擇了POLO轎車中柱內板的模具進行設計。20000kN多工位壓力機是世界上最先進的壓力機之一，集成化、自動化程度非常高，當然這對模具設計的要求也相應地提高。零件的送料高度、步距、機械手的位置有嚴格的要求，還要保證機械手在運動過程中與模具無干涉，這樣給予模具設計的空間就小了很多。在考慮諸多因素之后，我們最終完成了整套模具的設計，其CAD裝配狀態(tài)如圖1所示。另外，我們還完成了POLO轎車在10000kN自動線上生產的后輪罩的模具設計，在去年的基礎上更進一步。這些工作的順利完成，標志著上海大眾模具設計能力已經達到了國內先進水平，從而為今后上海大眾汽車模具國產化打下了堅實的基礎。盡管如此，與國際先進水平比較，仍有較大差距，比如在轎車外覆蓋件模具設計方面還是空自。 在轎車沖模中，難度最大的是外覆蓋件模具設計，主要表現在以下兩個方面: (1)克服由回彈造成的零件型面偏差 破裂、起皺、回彈是轎車沖壓件成形過程中的主要缺陷，由于轎車外覆蓋件外形尺寸大、拉深深度淺、塑性變形程度低，一般不易拉裂，因而回彈就成為該類零件制造過程中的主要問題，它將嚴重影響零件間的相互配合關系。有限元模擬軟件在沖壓模具設計中得到普遍應用，已經能夠比較準確地預測破裂和起皺，從而有助于設計合適的工藝補充面來改善拉深過程中材料的流動狀況，提高零件的成形ft。然而，迄今為止，大多數有限元軟件還不能精確地預測沖壓件從模具當中取出后的回彈變形。因此，對外覆蓋件回彈問題的處理，主要還是依靠經驗來修改模具型面，使沖壓件過正成形，來抵消由于回彈導致的變形。 (2)沖壓件的取件 由于外覆蓋件(如前蓋外板、車頂、翼子板)都需進行復雜的翻邊整形或預卷邊工藝，這就使得在模具結構設計時，必須考慮沖壓件成形后的取件問題，目前，大都依靠復雜的多斜楔機構聯(lián)動來實現模具工作部分對零件讓位，以實現方便取件，由此造成整個模具的結構十分復雜。 3 國外覆蓋件模具設計 目前，國外大汽車公司為了降低模具開發(fā)、制造成本，縮短生產周期，將除轎車外覆蓋件之外的大部分轎車沖壓件的模具都交由專業(yè)模具公司(如Fontana Pietro. Kuka. Laepple.Schuler Cartec.Ogi-hala-Fuji Techniaca等等)設計和制造，這些公司都有很強的開發(fā)能力，并在某些零件的模具制造方面擁有獨到的優(yōu)勢。但作為整車廠，考慮到新車型開發(fā)過程中的保密，對諸如翼子板、行李箱蓋、車門、側圍、車頂、前蓋等敏感零部件的模具，則都由自己的模具制造部門來設計和制造。 3.1軟件環(huán)境 沖壓模具設計，除了必要的CAD軟件之外，還大量應用了有限元模擬軟件，如AutoForm.PamStamp. DynaForm. Indeed等，來輔助沖壓工藝設計。下面，以AutoForm為例，說明如何利用CAE軟件來設計拉深工序工藝補充面。 AutoForm是一款由瑞士開發(fā)的專業(yè)薄板成形快速模擬軟件，可以用于薄板、拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等過程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進行沖壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補充面((Addendum)的設計。轎車沖壓件中，約有2/3可以利用AutoForm的Diedesigner Module模塊設計Addendum，該模塊根據由設計者指定的或由軟件自動產生的壓邊圈型面，以及工藝補充面的多條截面線(Profile)，能夠快速地生成工藝補充面，用于拉深工序的模擬，如圖2所示。壓邊圈型面、Profile均可進行參數化式的調整。這種快速設計是建立在對Addendum曲面的粗略構造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之間的連續(xù)并非十分光順，盡管這種曲面不能夠直接用于模具表面的機械加工，但是對于模擬精度的影響卻不是很大。根據模擬結果，設計者可以很方便地對工藝補充面進行調整，直到模擬結果滿足設計要求。最后，將壓邊圈、Addendum曲面和Profile以中性數據格式IGS或VDA輸出，在CAD軟件中進行曲面重構，并結合產品數模，就能夠得到機加工可以使用的拉深工序模具數模。 沖壓工藝傳統(tǒng)設計方法:首先，在經驗基礎上，利用CAD設計工藝補充面;其次，將CAD數模傳遞給AutoForm等CAE軟件進行拉深過程模擬;根據模擬結果，在CAD中對工藝補充面進行調整，并將新的CAD數模傳遞給CAE，開始新的模擬，直到滿足要求為比。這是一個從CAD到CAE再回到CAD的不斷反復的過程。由于每次在CAD中構造曲面都遠較在AutoForm中復雜，因此，整個過程所花費的時間就多得多。而新方法在沖壓工藝設計初期，就用 Diedesigner Module在AutoForm軟件中設計并調整拉深工藝補充面，與傳統(tǒng)的設計方法相比，就能夠大大提高設計效率。 由于AutoForm是一款快速模擬軟件，為了在較短的時間內對復雜沖壓件的成形過程進行評價，采用了膜單元來離散幾何模型，必然要降低模擬精度，因此，有些汽車公司在模具設計開始之前還要利用模擬精度高的CAE軟件，如德國大眾就采用了Indeed軟件，對拉深工序進行再次模擬((Indeed軟件的計算是基于帶厚度的殼單元的，能夠得到更為準確的計算結果，但是其計算所花費的時間通常是AutoForm的幾到十幾倍，該軟件比較適用于最終驗證)，所有拉深工藝必須通過Indeed模擬并驗證為是可行的，才可用于模具設計。 模具設計完備，應通過圖紙結合泡沫模型進行驗收(圖3)，各道工序用不同顏色的線條標記在泡沫模型上，這樣做直觀而清晰。還應組織包括工藝設計者、項目規(guī)劃員、模具調試人員、模具操作者等相關人員進行討論驗收。對于在沖壓工藝上難以解決的成形問題，還應邀請產品開發(fā)人員一同討論，尋求對產品進行更改設計的可能性。 3.2 修正回彈的對策 由前已知，回彈是轎車外覆蓋件成形過程中的主要問題，現以前蓋外板為例，對此進行詳細分析。 通常外覆蓋件的回彈有以下兩類: ①大片平坦曲面由彈性回復造成的拱起或塌陷，如圖4中C部放大所示，虛線表示零件從模具中取出并發(fā)生回彈后的位置。這類問題，工藝設計時通常不加以考慮，工藝數模中產品型面部分的數據與來自于產品開發(fā)部門的數據相一致，并用于模具制造。待試模之后，將試件與檢具進行對比測量，根據偏差對拉深模型面進行修正。如果設計人員對于這類問題的控制擁有非常豐富經驗的話，也可以事先估計出曲面彈性回復的方向以及偏移量，并將其反向疊加到產品數模上去，求得考慮回彈變形的拉深工藝曲面，這個計算過程需要由專門的計算機軟件來完成，在德國大眾，采用的是ICEM。 ②翻邊整形部分由彎曲變形回彈造成的折邊轉角變化，如圖4中B部放大所示。對于這類問題，該處除拉深和剪邊外，還包括翻邊和斜楔整形，整形工藝需過正成形2 -3 ，以抵消彎曲回彈。該工作由工藝設計完成，并體現在工藝方案的數模中。 3.3 新斜楔機構在外覆蓋件模具上的應用 目前，新車型的很多外覆蓋件，如翼子板(圖5)前蓋外板、車頂等的翻邊整形工序中，采用了一種稱之為“旋轉斜楔”的新工藝。其工作原理見圖6，旋轉斜楔上的凹槽部分是沖壓件需整形的區(qū)域，當整形過程完成后，氣缸驅動的托架推動旋轉斜楔繞滾筒轉動，從而達到對零件讓位的目的，方便整形后的零件從模具上取出。旋轉斜楔的優(yōu)點是:因整形部分與沖壓件托料部分的拼接處非常光順，故零件上無明顯壓痕;模具結構簡單;維修保養(yǎng)簡便且費用低。 4結束語 近年來，通過不懈的努力，國內轎車沖壓模具的設計制造能力取得了顯著的進步。但是，在轎車特別是中高檔轎車外覆蓋件模具的開發(fā)上，我們與國際水平仍有較大差距。不過，這種差距并非不能縮小，只要我們多加強國際交流，多吸取國外同行的設計制造經驗，一定能夠加快轎車覆蓋件模具的國產化進程。 參考文獻 [1] C. 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